(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置用制御ユニット（３６）であって、
燃焼装置（１）の動作を表す少なくとも１つの動作パラメータ（３４、３５、３８）を受信するための制御入力（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）と、
前記燃焼装置（１）に対する少なくとも２つの異なる入力燃料流量を制御するための制御信号（３７）を出力するための制御出力（１０２）と、
を具え、
前記燃焼装置（１）の負荷に関する前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の目標比率のグラフが作成され、
前記制御ユニット（３６）は、前記燃焼装置（１）が所定の動作ステージにあるか否かを、前記少なくとも１つの動作パラメータ（３４、３５、３８）に基づいて決定するように構成され、
前記燃焼装置（１）が前記所定の動作ステージにある場合、前記制御ユニット（３６）は、前記グラフに基づいて、前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の実際比率を、所定の値（ｐｓｃ１、ｐｓｃ３）に所定時間（ｄｔ）の間設定するために、前記制御信号（３７）を生成するようにさらに構成され、
前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率を所定の値に設定するステップは、前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率を、現在値（ｐｓｃ０）から前記所定の値（ｐｓｃ１、ｐｓｃ３）に段階的に変えるステップを含み、
前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率を所定の値に所定時間（ｄｔ）の間設定するステップは、前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率のパルス形状の時間的変化（２００）の一部である、
燃焼装置用制御ユニット（３６）。
【請求項２】
前記所定時間（ｄｔ）後に、前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率は、前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率を前記所定の値（ｐｓｃ１）に設定する前に適用される制御制度に対応する値（ｐｓｃ２）に設定される、
請求項１に記載の燃焼装置用制御ユニット（３６）。
【請求項３】
前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量は、
前記燃焼装置（１）の燃焼室（１０）のメイン燃焼領域（２１）に対するメイン燃料流量と、
前記燃焼装置（１）の前記燃焼室（１０）のパイロット領域（２９）に対するパイロット燃料流量と、
を含む請求項１または２に記載の燃焼装置用制御ユニット（３６）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの動作パラメータは、温度および圧力の少なくとも１つを含む、
請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置用制御ユニット（３６）。
【請求項５】
燃焼室（１０）と、
請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼装置用制御ユニット（３６）と、
を具える燃焼装置（１）。
【請求項６】
供給燃料流量を、前記燃焼室（１０）に対する前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量に制御可能に分割するための燃料分割装置（２６）をさらに具える、
請求項５に記載の燃焼装置（１）。
【請求項７】
燃焼装置（１）に対する少なくとも２つの異なる入力燃料流量を制御するように構成された燃焼装置用制御ユニット（３６）の動作方法であって、前記方法は、
前記燃焼装置（１）の負荷に関する前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の目標比率のグラフを作成するステップと、
前記燃焼装置（１）が所定の動作ステージにあるか否かを、少なくとも１つの動作パラメータ（３４、３５、３８）に基づいて決定するステップと、
前記燃焼装置（１）が前記所定の動作ステージにある場合、前記グラフに基づいて、前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の実際比率を、所定の値（ｐｓｃ１、ｐｓｃ３）に所定時間（ｄｔ）の間設定するように構成された制御信号（３７）を生成するステップと、
を含み、
前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率を所定の値に設定するステップは、前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率を、現在値（ｐｓｃ０）から前記所定の値（ｐｓｃ１、ｐｓｃ３）に段階的に変えるステップを含み、
前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率を所定の値に所定時間（ｄｔ）の間設定するステップは、前記少なくとも２つの異なる入力燃料流量の前記実際比率のパルス形状の時間的変化（２００）の一部である、
方法。
【請求項８】
制御信号（３７）を生成するためのコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータプログラムは、データ処理装置によって実行されるとき、請求項７に記載の方法を制御するように構成されている、
コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置の分野に関するものであり、特にガスタービンの形態の燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ２００７／０８２６０８Ａ１は、制御装置に関するものであり、この制御装置は、温度センサ出力を検出し、そのセンサ出力に応じてバーナー内で燃料供給を変化させ、流入する燃料供給ラインの燃料を実質的に一定に保ちながら、コンポーネントの温度を最大値未満に維持する。
【０００３】
上述した状況からみて、周知のシステムの１つ以上の課題を実質的に回避または少なくとも低減した燃焼装置を提供可能にする改良された技術が要求されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
独立請求項に従う特徴事項によって、上述した要求を満足することができる。本願明細書に開示された特徴事項の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明の第１の態様によると、燃焼装置用制御ユニットが提供され、この燃焼装置用制御ユニットは、（ｉ）燃焼装置の動作を表す少なくとも１つの動作パラメータを受信するための制御入力と、（ｉｉ）燃焼装置に対する少なくとも２つの異なる入力燃料流量を制御するための制御信号を出力するための制御出力と、を具え、（ｉｉｉ）制御ユニットは、燃焼装置が所定の動作ステージにあるか否かを、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて決定するように構成され、（ｉｖ）燃焼装置が所定の動作ステージにある場合、制御ユニットは、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を、所定の値に所定時間の間設定するために、制御信号を生成するようにさらに構成される。
【０００６】
本発明のこの態様は、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を、所定の値に所定時間の間設定することによって、周知の制御アルゴリズムと比較して燃焼装置の「よりなめらかな」動作と、酸化窒素（ＮＯｘ）排出の一時的な増加、すなわち、オーバーシュートを低減できるという驚くべき結果が得られたという発明者の研究結果に基づいている。一般的に、本願明細書では、ＮＯｘは、化合物ＮＯおよびＮＯ２としての窒素の酸化物を表す。
【０００７】
一実施形態によれば、燃焼装置は、ガスタービン、または、ガスタービンエンジンに含まれる燃焼室である。さらなる一実施形態によれば、燃焼装置用制御ユニットは、ガスタービン制御ユニットである。
【０００８】
さらなる一実施形態によれば、所定の値および所定時間は、燃焼装置の製造の間、最初に定められる。一実施形態によれば、所定の値および所定時間の定義は、燃焼装置の動作の間不変である。さらなる一実施形態によれば、所定の値および所定時間の定義は、燃焼装置のサービス・モードにおいて可変であり、所定の値および所定時間の定義は、実際の動作条件に応じて、例えば、燃焼装置に使用される燃料に応じて変更される。本願明細書において、「所定の値」という用語が特定の値に限定されず、相対的な設定を含み、例えば、特定の、所定のパーセンテージによって実際値を増加させる点に留意すべきである。
【０００９】
一実施形態によれば、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を所定の値に設定するステップは、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を、現在値から所定の値に段階的に変えるステップを含む。しかしながら、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を段階的に変えるステップは、制御信号が、燃焼装置用制御ユニットの動作限界の範囲内で発生すること、および、制御ユニットが動作可能に接続された燃焼装置の動作限界の範囲内で、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率が変えられることを意味するということに留意すべきである。換言すれば、一実施形態によると、「段階的」とは「動作限界内でできるだけ速く」を意味する。いずれにせよ、「段階的」とは、数学的な意味ではなく、むしろ技術的な意味で解釈されるべきである。
【００１０】
他の実施形態によれば、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を所定の値に所定時間の間設定するステップは、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率のパルス形状の時間的変化の一部であり、以下では、燃料比率パルスと称する。一実施形態によれば、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率のパルス形状の時間的変化は、所定のパルス高さおよび所定のパルス幅を有する。本願明細書において、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を所定の値に設定することは、燃料比率パルスの立ち上がりパルスエッジに対応する。一実施形態によれば、燃料比率パルスの立ち下がりパルスエッジは、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を所定の値から目標値に設定することによって発生する。方形波の場合、パルス幅は所定時間に対応する。
【００１１】
一実施形態によれば、所定時間後に、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率は、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を所定の値に設定する前に適用される制御制度（ｒｅｇｉｍｅ）に対応する値に設定される。例えば、一実施形態において、燃焼装置は、制御体制（すなわち制御方法）によって制御される。所定の動作ステージにつながる妨害に応じて、燃料比率パルスは適用され、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率は、所定の値に所定時間の間設定され、燃料比率パルスの後、例えば、所定時間の後、燃料比率は、制御制度によって再び決定される。一実施形態によれば、燃料比率パルスの目標値は、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を所定の値に設定する前に適用される制御制度に対応する。
【００１２】
一実施形態によれば、燃焼装置が所定の動作ステージにあると決定される場合、制御ユニットにより供給される出力信号は、例えば、段階的に、パルス状に、あるいは、本願明細書で開示された任意の他の実施形態で、燃料流量比率と同様に質的に変化する。
【００１３】
一実施形態によれば、少なくとも２つの異なる入力燃料流量は、（ａ）燃焼装置の燃焼室のメイン燃焼領域に対するメイン燃料流量と、（ｂ）燃焼装置燃焼室のパイロット領域に対するパイロット燃料流量と、を含む。一実施形態では、メイン燃料流量は、一般的に、燃焼装置の実馬力を決定し、一方、パイロット燃料流量は、メイン燃料流量によって発生する燃焼室の炎を安定させるために用いられる。一実施形態によれば、燃焼装置は、単一の燃焼室を具える。他の実施形態によれば、燃焼装置は、２つ以上の燃焼室を具える。
【００１４】
一実施形態によれば、少なくとも１つの動作パラメータは、温度および圧力の少なくとも１つを含む。このために、少なくとも１つの動作パラメータを検出するためのそれぞれのセンサを設けることができる。温度は、燃焼室の一部の温度とすることができる。他の実施形態によれば、温度は、燃焼装置の温度である。例えば、燃焼装置がガスタービンである場合、温度はガスタービンの排気ガスの温度とすることができる。さらなる実施形態によれば、圧力は、燃焼装置の燃焼室の圧力である。
【００１５】
本発明の第２の態様によると、（ｉ）燃焼室と、（ｉｉ）第１の態様あるいはその実施形態に係る燃焼装置用制御ユニットと、を具える燃焼装置が提供される。
【００１６】
一実施形態によれば、少なくとも１つの動作パラメータを検出するための少なくとも１つのセンサは、燃焼室および燃焼装置用制御ユニットを含む燃焼装置の一部である。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、燃焼装置は、供給燃料流量を、燃焼室に対する少なくとも２つの異なる入力燃料流量に、例えば、一実施形態では、メイン燃料流量およびパイロット燃料流量に制御可能に分割するための燃料分割装置をさらに具える。燃料分割装置は、燃焼装置への全体の燃料供給が供給燃料流量によって決定されるとともに、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率が燃料分割装置によって独立に調節可能であるという利点を有する。他の実施形態によれば、少なくとも２つの異なる燃料流量は、他の適切な供給装置によって供給される。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、燃焼装置に対する少なくとも２つの異なる入力燃料流量を制御するように構成された燃焼装置用制御ユニットの動作方法が提供され、この方法は、（ｉ）燃焼装置が所定の動作ステージにあるか否かを、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて決定するステップと、（ｉｉ）燃焼装置が所定の動作ステージにある場合、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を、所定の値に所定時間の間設定するように構成された制御信号を生成するステップと、を含む。
【００１９】
第３の態様の実施形態によれば、制御信号は、第１の態様またはその実施形態に関して開示されるように構成される。第３の態様のさらなる実施形態によれば、制御信号は、第２の態様またはその実施形態に従って構成される。
【００２０】
第３の態様の実施形態によれば、制御信号は、少なくとも２つの異なる燃料流量の燃料比率を、第１の態様またはその実施形態に従って設定するように構成される。第３の態様のさらなる実施形態によれば、制御信号は、少なくとも２つの異なる燃料流量の燃料比率を、第２の態様またはその実施形態に従って設定するように構成される。
【００２１】
本発明の第４の態様によれば、制御信号を生成するためのコンピュータプログラムが提供され、このコンピュータプログラムは、データ処理装置によって実行されるとき、第３の態様またはその実施形態に従う方法を制御するように構成されている。
【００２２】
本願明細書において、「コンピュータプログラム」とは、プログラム要素および／またはコンピュータシステムを制御して上述した方法の性能を調整するための命令を含むコンピュータ可読媒体と等価であることを意図している。
【００２３】
コンピュータプログラムは、例えば、ＪＡＶＡ、Ｃ＋＋のような任意の適切なプログラミング言語を用いたコンピュータ可読の命令コードとして実施可能であり、コンピュータ可読媒体（リムーバブル・ディスク、揮発性あるいは不揮発性メモリ、内蔵メモリ／プロセッサ等）に保存可能である。命令コードは、意図した機能を実行するために、コンピュータまたは他の任意のプログラム可能な装置をプログラムすることができる。コンピュータプログラムは、ネットワーク、例えば、ワールドワイドウェブからダウンロードして入手可能とすることができる。
【００２４】
一実施形態によれば、コンピュータプログラムは、フルリリースの形態で提供される。他の実施形態によれば、コンピュータプログラムは、本願明細書で開示された特徴事項の態様および実施形態に係る機能を提供するために、アップデートされる以前のインストレーションを必要とするソフトウェア・アップデートの形態で提供される。
【００２５】
本発明は、それぞれソフトウェアであるコンピュータプログラムによって実現可能である。あるいは、本発明は、それぞれハードウェアである１つ以上の特定の電子回路によっても実現可能である。さらに、本発明は、複合形態でも、すなわちソフトウェア・モジュールおよびハードウェア・モジュールを組合せても実現可能である。
【００２６】
本願明細書では、燃焼装置用制御ユニットおよび燃焼装置用制御ユニットを動作する方法に関して、本願明細書において開示される特徴事項の例示的実施形態が記載されている。本願明細書において開示される特徴事項の異なる態様に関する特徴の任意の組合せが可能であるということを指摘するべきである。特に、いくつかの実施形態では装置クレームに関して記載され、他の実施形態は方法クレームに関して記載されている。しかしながら、他に通知されない限り、当業者は、本願明細書の説明から、一態様に属する特徴の任意の組合せに加えて、異なる態様または実施形態に関する特徴の任意の組合せ、例えば、装置クレームの特徴と方法クレームの特徴との組み合わせが、本願明細書に開示されているとみなされるということを推測するものである。
【００２７】
上述した態様および実施形態と、本発明のさらなる態様および実施形態は、以下に記載された例から明らかであり、図面を参照して説明されるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に従って、燃焼装置の一部の断面を概略的に示す。
【図２】本発明の実施形態に従って、所定の動作ステージに対応する動作パラメータの組を概略的に示す。
【図３】本発明の実施形態に従って、２つの異なる燃料流量の比率を所定の値に所定時間の間設定することを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面における図は概略的である。複数の図面において、類似または同一の要素は、同一の参照符号が付されている、または、第１の桁内でのみ対応する参照符号と異なる参照符号が付されている点に留意すべきである。
【００３０】
図面において、本発明の実施形態は、ガスタービンの形態の燃焼装置に関して記載されている。しかしながら、他のタイプの燃焼装置も可能である。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態に従って、燃焼装置１の燃焼室１０の一部を概略的に示す。一実施形態によれば、燃焼室１０は、フロントエンド２０、スワーラ２１、バーナー予燃焼室２２および燃焼容器２３を具える。メイン燃料流量は、導管２４によってフロントエンド部分２０を経由してスワーラ２１に導入される。パイロット燃料流量は、導管２５によってバーナー空間に入る。
【００３２】
メイン燃料流量およびパイロット燃料流量は、供給導管２７を介して供給される供給燃料流量を、メイン燃料流量およびパイロット燃料流量に制御可能に分割するための燃料分割装置２６によって供給される。一実施形態では、燃料分割装置２６は、１つ以上の弁を含む。供給燃料流量は、燃焼室１０に対する全ての燃料供給を表す。燃焼装置用制御ユニット３６（例えば、ガスタービン制御ユニット、以下制御ユニットと称する）は、燃料分割装置２６を制御するために設けられる。
【００３３】
メイン燃料流量は、メイン入口２８を介してスワーラ２１に入り、スワーラ翼（図１に示されない）に沿って導かれ、スワーラ２１に供給される圧縮空気と混合される。一実施形態によれば、メイン入口２８は、一組のメイン燃料ノズルまたは噴射器ノズルを含む。スワーラ２１の下流で、燃料と空気の混合は、バーナー予燃焼室２２に入る。
【００３４】
パイロット燃料流量は、導管２５の先端に設けられているパイロット燃料入口２９を介してバーナー予燃焼室２２に入る。パイロット燃料入口２９は、一実施形態では、単一の注入ノズルまたは単一の穴を含み、他の実施形態では、複数の注入ノズルまたは穴を含みうる。
【００３５】
結果として生じる燃料と空気の混合は、バーナー炎３０を維持する。この炎からの熱気は、燃焼容器２３に入る。
【００３６】
一実施形態によれば、少なくとも１つの動作パラメータを検出するための１つ以上のセンサが設けられている。図１に示す実施形態によれば、温度および圧力は、本発明の動作パラメータである。このために、温度センサ３２は燃焼室１０の温度を測定するために設けられ、圧力センサ３３は燃焼室１０の圧力を測定するために設けられる。一実施形態によれば、温度センサ３２は、燃焼室１０の安全を最重視すべき部分、例えば、燃焼容器２３を画定する円周壁３１に配置される。さらなる実施形態によれば、圧力センサ３３は、燃焼容器２３内に位置する。
【００３７】
温度情報３４を提供する温度センサ３２の出力および圧力情報３５を提供する圧力センサ３３の出力は、制御ユニット３６に供給される。制御ユニット３６へのさらなる入力として、負荷情報３８が供給される。それぞれの実施形態において、負荷情報３８は、軸に接続されるとともにガスタービンの軸によって駆動される駆動ジェネレータの速度または電力出力、駆動ジェネレータによって生成された電力、ガスタービンの軸の回転速度、または、軸により与えられるトルクを表すことができる。他の実施形態によれば、負荷情報は、燃焼室から出ている質量流量を表すこともできる。負荷情報は、センサ（図１に示されない）から得られるか、さらなる動作パラメータから生ずることができる。他の実施形態によれば、負荷情報３８は、２以上の上述した実施形態の負荷情報の組合せを含む。
【００３８】
一実施形態によれば、制御ユニット３６は、ガスタービンの動作を表す少なくとも１つの動作パラメータを受信するための制御入力１００ａ、１００ｂ、１００ｃを有する。図１に示される燃焼室１０のために、制御ユニット３６は、動作パラメータとして、温度情報３４、圧力情報３５および負荷情報３８を受信する。これらの例示的なパラメータは、例示目的で用いられるだけであり、他の実施形態では他の動作パラメータ、例示的な動作パラメータのサブセット、または、付加的な動作パラメータが制御ユニット３６によって用いられるということに留意する必要がある。
【００３９】
制御ユニット３６は、制御信号３７を出力するための制御出力１０２をさらに具え、制御信号３７は、燃焼室１０への少なくとも２つの異なる入力燃料流量、例えば、図示の実施形態ではメイン燃料流量およびパイロット燃料流量を制御するためのものである。
【００４０】
一実施形態によれば、制御ユニット３６は、ガスタービンが所定の動作ステージにあるか否かを決定するための決定ユニット３６ａを具える。一実施形態によれば、決定ユニット３６ａは、少なくとも１つのセンサの出力信号に基づいて、ガスタービンが所定の動作ステージにあるか否かを示す出力を供給するように構成される。さらなる実施形態によれば、ガスタービン制御ユニット３６は、制御信号３７を生成するための制御信号発生ユニット３６ｂを具える。一実施形態によれば、制御信号発生ユニット３６ｂは、決定ユニット３６ａの出力に応じて出力信号を生成するように構成される。
【００４１】
さらなる実施形態では、ガスタービンが所定の動作ステージにある場合、制御ユニット３６は、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を所定の値に所定時間の間設定するために、制御信号３７を生成するように構成される。一実施形態によれば、燃料分割装置２６は、制御信号３７に応答して、メイン燃料流量およびパイロット燃料流量の比率を所定の値に設定する。
【００４２】
本発明の実施形態によれば、制御ユニット３６は、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて、ガスタービンが所定の動作ステージにあるか否かを決定するように構成される。例えば、所定の動作ステージは、温度閾値を上回る高温の動作ステージとすることができる。他の実施形態によれば、所定の動作ステージは、燃焼室の燃焼領域のダイナミック圧力振動の高振幅（振幅閾値を上回る）の動作ステージである。他の実施形態によれば、動作パラメータの組合せを用いて、ガスタービンが所定の動作ステージにあるか否かを決定する。
【００４３】
図２は、本発明の実施形態に従って、所定の動作ステージに対応する動作パラメータの組を概略的に示す。図２は、ガスタービンの負荷に関するメイン／パイロット燃料分割のグラフである。水平軸は、左側でガスタービンの低負荷を表し、右側で高負荷を表す。垂直軸は、垂直軸の上の範囲で多量のパイロット燃料流量を、垂直軸の下の範囲で少量のパイロット燃料流量を有する燃料分割を表す。垂直軸は、燃料供給の絶対値を示しているのではなく、メイン燃料供給に対するパイロット燃料供給の相対的な値を示す。
【００４４】
一実施形態によれば、図２のＡとして参照される斜線領域は、燃焼室１０のコンポーネントが過熱のため損傷を負う危険を有する一組の動作条件を表す。例えば、パイロット燃料流量に対する特定のメイン燃料流量の分割が、結果として、所定の負荷に対して燃焼室１０の表面の過熱につながる条件が存在しうる。一実施形態によれば、制御ユニット３６は、所定の負荷に対して、領域Ａを回避するための、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の分配（分割）を達成するために、出力信号３７（図１参照）を供給するように構成される。
【００４５】
他の実施形態によれば、制御ユニット３６は、領域Ｂを回避するための、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率を達成するために、出力信号３７を供給するように構成される。一実施形態によれば、領域Ｂは、燃焼領域のダイナミック圧力振動の振幅が不所望に高い一組の動作条件を表す。この種のダイナミック圧力振動が許容可能レベルを上回るとき、ガスタービンの動作および／または燃焼システムの機械の寿命は著しく影響を被りうる。
【００４６】
それゆえ、領域Ａと同様に領域Ｂから離れていることが可能でもあると好ましい。これは、本発明の実施形態に従って実現される。
【００４７】
図３は、本発明の実施形態に従って、２つの異なる入力燃料流量（メイン燃料流量およびパイロット燃料流量）の比率を所定の値に所定時間の間設定することを示す。特に、図３は、パイロット分割の、すなわち、時間ｔ秒にわたるメイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率の基本の値に対する補正を示す。図３において、垂直軸は、垂直軸の上の範囲で多量のパイロット燃料流量を、垂直軸の下の範囲で少量のパイロット燃料流量を有する燃料分割を表す。図３において、パイロットの基本の値は、０％の補正に対応する。一実施形態によれば、パイロット燃料流量に対するメイン燃料流量の比率の基本の値は、ガスタービンの製造中に決定および設定された初期値である。この初期値に対する補正は、任意の適切な方法またはアルゴリズムに従って、例えば、動作条件、例えば、ガスタービンの負荷に基づいて実行可能である。この種の方法は、以下の通常動作のための制御制度と称され、本願明細書で開示される特徴事項の主題ではない。例えば、通常動作のための制御制度は、ガスタービンの負荷に応じて、例えば、所定の燃料分割マップに従って、２つの異なる入力燃料流量（メイン燃料流量およびパイロット燃料流量）の比率を変化させることを含むことができる。しかしながら、所定の動作状態が決定される場合、通常動作のための制御制度はもはや適用されない。むしろ、本発明の一実施形態によれば、メイン燃料流量および燃料流量の比率は、所定の値に所定時間の間設定される。
【００４８】
一実施形態によれば、メイン燃料流量およびパイロット燃料流量の比率が所定の値に設定される所定時間を除いて、これらの異なる入力燃料流量の比率は、ガスタービンの通常動作のために使用される制御制度に対応する値に設定される。しかしながら、所定の動作ステージに達する場合、比率は、本発明の実施形態に従って、所定の値に所定時間の間設定される。その後、比率は、通常動作のための制御制度に対応する値に再び設定される。
【００４９】
図３の典型的なシナリオに示すように、ｔ＝ｔ０からｔ＝ｔ１まで、制御ユニット３６（図１参照）は、通常動作のための制御体制に従って、パイロット分割に対する補正を調節する。ｔ＝ｔ１で、制御ユニット３６は、ガスタービンが所定の動作ステージにあると決定する。メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率は、この時点でｐｓｃ０である。本発明の実施形態に従って、メイン燃料流量およびパイロット燃料流量の比率が所定の値に等しくなるように、制御ユニット３６はパイロット分割に対する補正を設定する。図３に示した実施形態によれば、比率を所定の値に設定することは、実際の比率（すなわち、所定の値に増加する前の比率）を所定のパーセンテージによって増加することに対応する。例えば、一実施形態によれば、実際の比率の増加を０．１％〜１％の範囲で達成するために、パイロット燃料流量をメイン燃料流量より増加させることによって所定の値は得られる。さらなる実施形態によれば、所定時間は、０．５秒から１５秒の範囲にある。所定の値が、異なるタイプの燃焼装置では異なることを理解すべきである。他の実施形態によれば、所定の値は、実際の比率を一定量で増加させることによって得られる。一実施形態によれば、所定のパーセンテージまたは一定量は、それぞれ、測定値または動作条件、例えば、使用する燃料などに基づいて決定される。しかしながら、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率の所定の値を決定する他の任意の方法も可能である。
【００５０】
図３を再び参照すると、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率の所定の値は、ｐｓｃ１のパイロット分割に対する補正に対応し、所定時間ｄｔの間維持される。それから、ｔ２＝ｔ１＋ｄｔで、通常動作のための制御制度を用いて、ｔ＝ｔ２でガスタービンの実際の動作条件のためのパイロット分割の補正値ｐｓｃ２を決定する。図３から明らかなように、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率を所定の値に所定時間の間設定すること、および、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率をｔ＝ｔ２で通常動作のための制御制度に対応する値に設定することは、ｄｔ＝ｔ２−ｔ１のパルス幅およびｄｈ＝ｐｓｃ１−ｐｓｃ０のパルス高さを有する燃料流量比率パルス２００につながる。本願明細書において、一般的に、パルス高さは、所定の値、すなわち、燃料流量比率パルスの立ち上がりによって定義される。
【００５１】
ｔ＝ｔ２からｔ＝ｔ３の間、パイロット分割補正は、通常動作のための制御制度によって決定される。ｔ＝ｔ３で、所定の動作状態が発生する。その結果、制御ユニット３６は、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率を所定の値ｐｓｃ３に再び設定し、この値を所定時間ｄｔの間維持する。ｔ＝ｔ４から、再び、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率は、通常動作のための制御制度によって決定される。
【００５２】
図３に示した実施形態によれば、所定時間ｄｔは、所定の動作状態の発生の全てに対して同一である。他の実施形態によれば、所定時間ｄｔは、ガスタービンの１つ以上の動作パラメータに依存する。
【００５３】
ガスタービンは、通常、例えば、図１に示されるタイプの燃焼室を複数具えている。燃焼装置が、２つ以上の燃焼室を具える場合、一実施形態によれば、メインおよびパイロット燃料流量の分布は、サブセットに対して、または、これらの燃焼室の全てに対して同一である。他の実施形態によれば、各燃焼室は、メイン燃料流量とパイロット燃料流量との間の比率に関して個々に制御される。
【００５４】
この種の燃焼室内で発生する高温により、燃焼室のさまざまなコンポーネントが過熱され、燃焼室に著しい損害を与えうる、または、少なくともその性能を弱めうるリスクがあることは共通課題である。また、ＮＯｘ排出は、大きな懸念である。本発明の実施形態の目的は、過熱のリスクを低下させ、広範囲にわたる動作において低排出を達成する燃焼装置を提供することにある。
【００５５】
本発明の実施形態によれば、ガスタービン制御ユニットの任意のコンポーネント、例えば、決定ユニットまたは制御信号発生ユニットは、本願明細書において開示されるように、プロセッサがそれぞれの要素の機能を提供可能にするそれぞれのコンピュータプログラム製品の形態で提供される。他の実施形態によれば、ガスタービン制御ユニットの任意のコンポーネント、例えば、決定ユニットまたは制御信号発生ユニットは、ハードウェアで提供されうる。他の混合された実施形態によれば、いくつかのコンポーネントがソフトウェアで提供され、一方、他のコンポーネントがハードウェアで提供される。さらに、個別のコンポーネント（例えば、モジュール）が本願明細書において開示される機能の各々のために提供可能である点に留意する必要がある。他の実施形態によれば、少なくとも１つのコンポーネント（例えば、モジュール）は、本願明細書において開示される２つ以上の機能を提供するように構成される。
【００５６】
「具える」「含む」という用語が他の要素またはステップを除外するものではなく、単数の要素が複数の要素を除外するものではない点に留意する必要がある。また、複数の実施形態に関連して記載されている要素は、結合可能である。また、請求項の参照符号が特許請求の範囲を制限するものとして解釈されてはならないことに注意すべきである。
【００５７】
本発明の上述した実施形態を要約すると、以下のとおりである。
【００５８】
燃焼装置用制御ユニットおよび燃焼装置、例えば、ガスタービンが記載され、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて、燃焼装置が所定の動作ステージにあるか否かを決定する。これに関して、燃焼装置が所定の動作ステージにある場合、少なくとも２つの異なる入力燃料流量の比率を所定の値に所定時間の間設定するように構成された制御信号が生成される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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